作者：Kenton Williston

投稿人：DigiKey 北美編輯

2025-01-02

國(guó)防和航空航天應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員面臨著日益嚴(yán)格的尺寸、重量、功耗和成本 (SWaP-C) 優(yōu)化要求。隨著他們的設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜和緊湊，他們必須在這些要求與高性能和可靠性之間取得平衡。傳統(tǒng)連接器常常難以滿足這些相互沖突的需求，這給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了挑戰(zhàn)，他們需要尋找替代方案來(lái)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)和性能要求。

本文探討了專門為 SWaP-C 設(shè)計(jì)的先進(jìn)連接器技術(shù)如何滿足國(guó)防和航空航天應(yīng)用的獨(dú)特需求。然后介紹了Harwin的[高可靠性解決方案]，并展示了它們?nèi)绾螒?yīng)用于各種國(guó)防和航空航天場(chǎng)景，以實(shí)現(xiàn)可靠的 SWaP-C 性能。

推動(dòng)連接器小型化的因素

從潛艇潛望鏡系統(tǒng)升級(jí)到多光譜成像，再到攜帶不斷擴(kuò)大的傳感器陣列的無(wú)人機(jī) (UAV)，有限空間內(nèi)對(duì)復(fù)雜電子設(shè)備的要求逐年變得更加復(fù)雜。最小化組件尺寸允許使用額外的傳感器和其他功能來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)功能并改善空氣動(dòng)力學(xué)性能。

連接器傳統(tǒng)上屬于體積較大的組件，對(duì)于成功實(shí)現(xiàn)小型化至關(guān)重要。減小連接器尺寸需要縮小接觸間距并減輕重量，同時(shí)保持耐用性并確保在極端條件下保持一致的電氣性能。

Harwin 通過(guò)專為 SWaP-C 優(yōu)化而設(shè)計(jì)的全面連接器系列來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。他們的方法以三個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)原則為中心：

1. 將節(jié)距尺寸縮小至小至 1.25 毫米 (mm)，同時(shí)保持高載流能力
2. 使用多指鈹銅觸點(diǎn)確保極端條件下的信號(hào)完整性
3. 采用高溫?zé)崴苄酝鈿げ⑦x擇性地使用輕質(zhì)金屬以提高耐用性

這種設(shè)計(jì)理念延伸到他們的高可靠性產(chǎn)品系列，從高密度信號(hào)連接器到混合技術(shù)和高功率解決方案。

連接器減重對(duì)移動(dòng)性和效率的影響

減輕重量對(duì)于 SWaP-C 優(yōu)化至關(guān)重要，特別是對(duì)于機(jī)載和移動(dòng)應(yīng)用。更輕的組件可以提高飛行時(shí)間和機(jī)動(dòng)性，同時(shí)可以攜帶更多設(shè)備。

通過(guò)戰(zhàn)略性的材料選擇，現(xiàn)代微小型連接器與傳統(tǒng)工業(yè)連接器相比可以顯著減輕重量。例如，玻璃填充的高溫?zé)崴苄运芰峡捎糜谥魍鈿?。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以僅在需要金屬來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI) 防護(hù)以及機(jī)械耐用性的情況下選擇性地采用輕質(zhì)鋁合金。

即使在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)重依賴金屬元件的高電流應(yīng)用中，這些材料組合也可以保持強(qiáng)大的電氣和機(jī)械性能，同時(shí)最大限度地減少連接器質(zhì)量。

在不犧牲可靠性的情況下管理連接器成本

在 SWaP-C 設(shè)計(jì)中，平衡降低成本和高可靠性對(duì)于任務(wù)關(guān)鍵型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)持續(xù)的挑戰(zhàn)。對(duì)于連接器來(lái)說(shuō)，這意味著選擇能夠以最低成本確保長(zhǎng)期耐用性的設(shè)計(jì)和材料。

管理成本的一個(gè)關(guān)鍵策略是關(guān)注總擁有成本，而不僅僅是前期組件價(jià)格。雖然高可靠性連接器的初始成本可能較高，但其延長(zhǎng)的使用壽命和減少的維護(hù)要求可以帶來(lái)顯著的長(zhǎng)期節(jié)省。這對(duì)于連接器必須承受極端條件（包括高振動(dòng)、溫度波動(dòng)和重復(fù)插拔周期）的應(yīng)用尤其有價(jià)值。

此外，標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化連接器設(shè)計(jì)可以通過(guò)更輕松的集成和更換來(lái)降低生產(chǎn)和維護(hù)成本。符合通用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的連接器可實(shí)現(xiàn)互換性并簡(jiǎn)化庫(kù)存管理，從而降低產(chǎn)品生命周期的費(fèi)用。

平衡功率輸出與尺寸

連接器在電源管理中也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。挑戰(zhàn)在于開發(fā)能夠處理大量功率負(fù)載的連接器，同時(shí)保持緊湊的外形尺寸并確保最小的功率損耗。高可靠性連接器必須支持高效的電力傳輸、最大限度地減少熱量產(chǎn)生并防止電弧，同時(shí)滿足現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)的空間和重量限制。

實(shí)現(xiàn)效率和可靠性需要提供低電阻的材料和觸點(diǎn)設(shè)計(jì)。連接器具有堅(jiān)固的觸點(diǎn)電鍍、先進(jìn)的絕緣和優(yōu)化的觸點(diǎn)幾何形狀，即使在極端的操作條件下也能提供穩(wěn)定的電力。

一個(gè)關(guān)鍵的考慮因素是將信號(hào)和電源連接結(jié)合在一個(gè)緊湊的連接器中。雖然集成信號(hào)和電源線減少了連接器的整體占地面積并釋放了寶貴的空間，但它也給管理電源和信號(hào)路徑之間的潛在干擾帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

應(yīng)用示例：噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)駕駛艙

檢查典型用例有助于說(shuō)明這些設(shè)計(jì)原則如何在實(shí)踐中發(fā)揮作用。例如，噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)中的照明控制單元 (LCU) 需要可靠的連接器來(lái)管理不同飛行條件和任務(wù)的照明。這些系統(tǒng)控制駕駛艙、外部、夜視和應(yīng)急照明，這些系統(tǒng)需要能夠在緊湊的環(huán)境中提供可變照明強(qiáng)度的組件。 LCU 的空間有限，需要能夠在不影響性能的情況下有效集成的薄型組件。

[Harwin 的Gecko SL]連接器節(jié)距為 1.25 mm，提供緊湊、輕便的解決方案，比 Micro-D 連接器輕 75%，小 45%。這使得它們特別適合 LCU 等密集環(huán)境。 Gecko SL 系列的主要特性包括：

• 每個(gè)觸點(diǎn)隔離電流為 2.8 安培 (A)，所有觸點(diǎn)同時(shí)電流為 2.0 A
• 四指鈹銅觸點(diǎn)設(shè)計(jì)，可靠性高
• 由玻璃填充熱塑性塑料 UL94V-0（不含鹵素和紅磷）制成的模制品

[G125-MC10605M1-0150L]型號(hào)具有六位插頭，端接于單獨(dú)的導(dǎo)線（圖 1）。還有多種其他組裝方式可供選擇，以及可提供增強(qiáng)的電氣連續(xù)性、電纜保護(hù)和有效 EMI/RFI 屏蔽的輕質(zhì)鋁制罩。

圖 1：Gecko SL 連接器有助于空間受限的環(huán)境，例如噴氣式飛機(jī)駕駛艙。 G125-MC10605M1-0150L 型號(hào)具有六位插頭，端接于單獨(dú)的導(dǎo)線。 （圖片來(lái)源：哈爾文）

除了尺寸緊湊之外，Gecko SL 連接器還非常堅(jiān)固耐用。它們可承受 6 毫秒 (ms) 的 100 g沖擊和 6 ??小時(shí) 20 g 的振動(dòng)，非常適合航空航天環(huán)境。這些連接器的耐用等級(jí)為 1000 次插拔，可通過(guò)重復(fù)連接和斷開確?？煽啃?，這是維護(hù)密集型應(yīng)用中的常見(jiàn)要求。

應(yīng)用示例：混合信號(hào)無(wú)人機(jī)連接器

另一個(gè)例子，在國(guó)防環(huán)境中運(yùn)行的無(wú)人機(jī)需要堅(jiān)固且緊湊的連接器，以在惡劣條件下保持功能。這些車輛會(huì)經(jīng)歷嚴(yán)重的振動(dòng)和沖擊，因此信號(hào)完整性對(duì)其車載系統(tǒng)至關(guān)重要。

[Harwin 的Datamate Mix-Tek]連接器通過(guò)將電源和信號(hào)線集成在一個(gè)緊湊的封裝中來(lái)解決這些挑戰(zhàn)。這種節(jié)省空間的設(shè)計(jì)具有 2 毫米間距，可在印刷電路板 (PC 板) 上留出足夠的空間安裝其他組件，最終增強(qiáng)無(wú)人機(jī)的功能和性能。這些連接器通過(guò)信號(hào)觸點(diǎn) 6 毫歐 (mΩ) 和電源觸點(diǎn) 25 mΩ 的低接觸電阻值最大限度地減少功率和信號(hào)損失。它們的額定插拔次數(shù)為 500 次，可確保在需要頻繁維護(hù)和重新連接的應(yīng)用中的耐用性。

[M80-5T10805M1-02-331-00-000]就是一個(gè)例子，它結(jié)合了兩個(gè)每個(gè)可處理 20 A 電流的電源觸點(diǎn)和八個(gè)每個(gè)可處理 3 A 電流的信號(hào)觸點(diǎn)（圖 2）。此配置支持關(guān)鍵系統(tǒng)的電源要求以及大多數(shù)無(wú)人機(jī)應(yīng)用中控制和通信的數(shù)據(jù)需求。

圖 2：M80-5T10805M1-02-331-00-000 連接器將兩個(gè)電源觸點(diǎn)和八個(gè)信號(hào)觸點(diǎn)（間距為 2 mm）組合到一個(gè)外殼中，適用于無(wú)人機(jī)等空間受限的應(yīng)用。 （圖片來(lái)源：哈爾文）

應(yīng)用實(shí)例：大功率無(wú)人機(jī)電池

以國(guó)防為重點(diǎn)的無(wú)人機(jī)通常需要大量電力，由提供數(shù)十至數(shù)百千瓦的電池系統(tǒng)運(yùn)行。將這些電池連接到電機(jī)等關(guān)鍵部件的連接器必須可靠地處理高電流，同時(shí)最大限度地減少功率損耗。

Harwin 的[Kona]高可靠性連接器通過(guò)每個(gè)觸點(diǎn)處理 60 A 電流和 3000 V 電壓來(lái)滿足這些要求。其 8.50 毫米間距可支持巨大的功率負(fù)載，同時(shí)保持國(guó)防級(jí)的穩(wěn)健性。 2 mΩ 的接觸電阻可確保最小的功率損耗。

[KA1-MV10205M1]（圖 3）就是一個(gè)很好的例子，它具有兩個(gè)公接觸針，最大組合電流容量為 120 A。該連接器非常適合需要強(qiáng)大電力傳輸同時(shí)滿足 SWaP-C 要求的無(wú)人機(jī)電池連接。

圖 3：KA1-MV10205M1 連接器的每個(gè)觸點(diǎn)額定電流為 60 A，額定電壓為 3000 V，并采用六指觸點(diǎn)設(shè)計(jì)，可在高沖擊條件下保持穩(wěn)定性。 （圖片來(lái)源：哈爾文）

Kona 連接器采用鍍金鈹銅觸點(diǎn)，采用六指觸點(diǎn)設(shè)計(jì)，可在高沖擊條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連接，間距為 8.5 毫米。鋁合金后殼和不銹鋼螺絲鎖提供輕巧耐用的設(shè)計(jì)。

結(jié)論

選擇合適的連接器對(duì)于平衡 SWaP-C 優(yōu)化的不同要求至關(guān)重要。 Harwin 的先進(jìn)連接器解決方案表明，將緊湊性、輕量化設(shè)計(jì)、功效和耐用性結(jié)合在一起是可能的，使設(shè)計(jì)人員能夠滿足航空航天和國(guó)防應(yīng)用的復(fù)雜需求。

審核編輯 黃宇